Fiz pr11ukr standdspace.luguniv.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/256/1/Fiz_prakt11_stand.pdf · ФІЗИКА 11 клас ... Правила зважування 1. ... використовуючи

Т. В. Краснякова, К. Г. Чорнобай

Ф І З И К А11 клас

Лабораторний практикум

Рівень стандарту

Відповідає програмі з фізики для старшої профільної 11-річної школи, що затверджена

Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України

ЛуганськЯнтар2012

ББК 22.3 я721 К 78

Рекомендовано для учнів 11 класів. Відповідає програмі з фізики для старшої профільної 11-річної школи, що затверджена Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України (наказ № 1021 від 28.10.2010)

Краснякова Т. В., Чорнобай К. Г. К 78 Фізика.11 клас. Лабораторний практикум. Рівень стан-

дарту / Укладачі: Т. В. Краснякова, К. Г. Чорнобай. — Луганськ : Янтар, 2012. — с. : іл.

ISBN 978-966-650-***-*

Посібник містить опис і алгоритм виконання робіт практикуму з фізики для 11 класу (рівень стандарту), складених відповідно до чинної програми з фізики для 11-річної школи.

Кожна робота містить перелік необхідного обладнання, теоре-тичні відомості та докладний опис послідовності дій. Контрольні питан-ня та завдання дозволяють більш глибоко перевірити рівень засвоєн-ня матеріалу, диференційовано підійти до оцінювання роботи і дають можливість учням творчо застосовувати набуті знання на практиці.

Посібник містить достатню кількість таблиць для упорядкуван-ня поточних експериментальних вимірювань та обчислень. Завдяки наданим методикам учні вчаться оцінювати точність розрахунків, роз-вивають уміння порівнювати результати, отримані різними методами.

Для учнів 11 класів загальноосвітніх навчальних закладів та вчителів фізики.

ББК 22.3 я721

© Т. В. Краснякова, К. Г. Чорнобай, 2012ISBN 978-966-650-***-* © Видавництво «Янтар», 2012

3

ПРАВИЛА БЕЗПЕКИ В КАБІНЕТІ ФІЗИКИ До початку роботи

1. Чітко з’ясуйте порядок і правила проведення лабораторної роботи.2. Звільніть робоче місце від зайвих предметів і матеріалів.3. Розташуйте прилади, матеріали, обладнання на столі так, щоб за по-

бігти їхньому падінню або перекиданню.

Під час виконання роботи1. Не залишайте своє робоче місце без дозволу вчителя.2. Старанно дотримуйтесь усіх вказівок і рекомендацій учителя щодо

виконання лабораторної роботи.3. Перевіряйте справність і безпечність виданого вам обладнання.

Правила роботи з динамометром1. Користуючись динамометром, не розтягуйте пружину.2. Не перевантажуйте пружину динамометра більшим навантажен-

ням, ніж передбачено.3. Не допускайте розгойдування тягарців, зупиняйте їх коливання ру-

кою.4. Слідкуйте за кріпленням бруска з тягарцями. Не допускайте падін-

ня тіл (брусків) і тягарців при їх зважуванні динамометром.

Правила зважування1. Користуючись терезами, не допускайте механічних ударів важків

по шальках терезів.2. Дрібні важки беріть тільки пінцетом. 3. Зважуване тіло й важки опускайте на шальки обережно.

Правила роботи з важелем1. Обережно врівноважуйте важіль за допомогою гайок.2. Підвішуйте тягарці до плечей важеля так, щоб він не обертався нав-

коло осі та не вдарив вас.3. Обережно підвішуйте динамометр до важеля, щоб тягарці не зірва-

лися з плеча важеля (підтримуйте його рукою).

Правила роботи зі склом1. Використовуйте трубки з оплавленими краями.2. Застосовуйте скляний посуд без тріщин.3. Оберігайте посуд від різких ударів і перепадів температури.4. Забороняється прибирати осколки розбитого посуду руками.5. У випадку порізів осколками скла промийте рану перекисом водню

та накладіть пов’язку за допомогою стерильного бинта.

Після закінчення роботи1. Складіть обладнання так, як воно було складено до початку роботи.2. Приберіть своє робоче місце.

Лабораторний практикум.

4

Практична робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ ЗАРЯДЖЕНОГО КОНДЕНСАТОРА

Мета: дослідницьким шляхом визначити енергію зарядже-ного конденсатора.

Обладнання та матеріали: електролітичний конденсатор (10–30 В, 2 000 мкФ), амперовольтомметр, вольтметр, джерело струму, резистор на 50–100 Ом, ключ, секундомір (годинник із секундною стрілкою).

Короткі теоретичні відомостіКонденсатор — це система двох провідників, що розділені

шаром діелектрика, товщина якого є значно меншою за розміри провідників. Він призначений для накопичення електричного заряду. Між обкладками конденсатора існує електростатичне поле, отже, заряджений конденсатор має енергію, яку можна знайти як

. (1)

де q — заряд конденсатора ємністю С, за-рядженого до напруги U. Коли конденса-тор розряджається, сила струму з ча сом зменшується (рис. 1.1). Площа, що обме-жена координатними осями і графіком залежності I(t), чисельно дорівнює заря-ду, який накопичив конденсатор під час заряджання.

Порядок виконання роботи1. Складіть електричне коло за схемою (рис. 1.2). 2. Зафіксуйте показання вольтметра U = _______.3. Зарядіть конденсатор, замкнувши ключ.

4. Розімкніть ключ і одночасно увімкніть секундомір — струм у колі продовжує йти за рахунок розряджан-ня конденсатора.

5. Кожні 10 c фіксуйте показання мікроамперметра (табл. 1.1).

6. За даними таблиці побудуйте за-

Рис. 1.1

І

t

Рис. 1.2

mA

V

Рівень стандарту. 11 клас

5

лежність I(t). Визначте заряд, який відповідає одній клітинці. Для цього помножте час, що відповідає одній клітинці по осі аб-сцис, на силу струму, що відповідає одній клітинці по осі орди-нат. q

кл = _____________.

7. Підрахуйте кількість цілих nц = _____ і нецілих n

н = _____

клітинок під графіком. Визначте повне число клітинок n як n = n

ц + 0,5n

н.

8. Розрахуйте заряд, що відповідає всій площі під графіком q = q

клn.

10. За формулою (1) визначте енергію зарядженого конденса-тора. Порівняйте її з величиною, розрахованою за номінальним значенням ємності та напруги.

Таблиця 1.1

I, А

t, с

Необхідні обчислення


6

Висновок. _________________________________________

Контрольні питання та завдання1. Яку фізичну величину називають електричною ємністю?

2. За даними роботи розрахуйте ємність конденсатора. Порів-няйте отриманий результат із вказаним на корпусі.

3. Від яких параметрів залежить енергія електричного поля конденсатора?

4. Чи зміниться енергія зарядженого плоского конденсатора, якщо відстань між його пластинами збільшити вдвічі?


ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ

Мета: дослідження залежностей корисної і повної потуж-ності та коефіцієнта корисної дії (ККД) від сили струму в колі.

Обладнання та матеріали: джерело постійного струму у вигляді батареї акумуляторів, вольтметр, амперметр, реостат, два ключі.

Короткі теоретичні відомостіБудь-яке джерело постійного струму характеризується ЕРС

ξ, яку можна обчислити, під’єднавши до клем джерела струму вольтметр, та внутрішнім джерелом струму r. Повна потуж-


7

ність, що виділяється в колі, складається з потужностей, що виділяються у зовнішній та внутрішній частинах кола:

P = I2R (1)

або P = I2(R + r). (2)

Оскільки за законом Ома для повного кола I(R + r). Ця по-тужність розвивається за рахунок сторонніх сил (зокрема, для акумулятора, за рахунок хімічних реакцій).

Потужність, що розвивається в зовнішньому колі

PК = I2R, (3)

де PК – корисна потужність.

Відношення корисної потужності до повної називають ко-ефіцієнтом корисної дії (ККД):

. (4)

Формулу (4) можна представити як

. (5)

Використовуючи співвідношення (2)–(5), можна показати, що

. (6)

Дослідімо залежність від зовнішнього опору повної потуж-ності P(R), корисної потужності P

K(R) та ККД η(R).

Із формул (6) видно, что повна потужність, що розвивається джерелом струму, досягає максимуму в режимі короткого за-микання, тобто при R = 0. у цьому випадку вся теплова потуж-ність виділяється всередині джерела струму на його внутрішнь-ому опорі. Зі збільшенням зовнішнього опору повна потужність зменшується, асимптотично наближуючись до нульового зна-чення (крива I, рис. 2.1).

Корисна потужність змі-нюється залежно від зовніш-нього опору більш складним чином. Дійсно, Pк = 0 при крайніх значеннях зовніш-нього опору: при R = 0 і R → ∞ (розімкнене зовнішнє коло). Рис. 2.1

P, Pn

η

R

II

I

III


8

Таким чином, максимум корисної потужності має припадати на проміжні значення зовнішнього опору (крива II, рис. 2.1).

Величину зовнішнього опору, що відповідає максимуму ко-рисної потужності, можна знайти, використовуючи метод ди-ференціального обчислення. Можна показати, що максимум корисної потужності відповідає R = r, тобто рівності зовнішньо-го та внутрішнього опорів. В електротехніці режим максималь-ної корисної потужності називається режимом узгодження джерела струму з його навантаженням.

Із формули (6) для ККД видно, що при R = 0 — η = 0, а при збільшенні R — η збільшується, наближаючись до одиниці при R >> r (крива III, рис.2.1).

Порядок виконання роботи1. Зберіть електричне коло за схе-

мою (рис. 2.2).2. Залишивши ключ 1 розімкнутим,

замкніть ключ 2. Запишіть показання вольтметра в таблицю 2. Цю величину можна приблизно вважати рівною ξ.

3. Уведіть увесь опір R, замкніть ключ 1. Запишіть показання ампер-метра і вольтметра в таблицу 2.

4. Збільшуючи поступово силу струму за допомогою опору R, доведіть її до максимального значення. Запишіть при цьому по-казання амперметра і вольтметра в таблицу 2.1.

5. Обчисліть для всіх значень сили струму та напруги Р, РK

, η.6. Побудуйте на одних і тих самих осях графіки Р(I), Р

K(I), η(I).

Таблиця 2.1

№ досліду

ξ, В I, А U, В P, Вт Pn, Вт η

1

2

3

4

5

Рис. 2.2

A

R K1

K2V


9

Висновок. _________________________________________

Контрольні питання та завдання1. За якої умови ККД джерела струму досягається макси-

мального значення?

2. Чому завжди ККД < 1?

3. Як залежить повна, корисна потужність і ККД від сили струму? Виведіть формули.


ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ

Мета: навчитися визначати довжину світлової хвилі за до-помогою дифракційної ґратки.

Обладнання та матеріали: штатив з муфтою та лапкою; прилад для визначення довжини світлової хвилі; дифракційна ґратка; лампа розжарювання.

Короткі теоретичні відомостіОдним з найпростіших методів визначення довжини світло-

вої хвилі є метод, пов’язаний зі спостереженням дифракції світ-ла за допомогою дифракційної ґратки.


10

Дифракційну ґратку з відомим періодом d, вказаним на ґратці, за-тискають у тримачі, який прикріп-лений до кінця лінійки (рис. 3.1). Також до лінійки прикріплено чорний екран з вузькою верти-кальною щілиною посередині. Цей екран можна переміщати вздовж лінійки. На екрані та лінійці при-кріплені міліметрові шкали.

Якщо дивитися крізь ґратку та щілину екрану на джерело світла, то на чорному екрані можна побачити дифракційні ко-льорові спектри по різні боки від щілини.

Довжину хвилі λ визначають за формулою ,

де k — порядок спектра, ϕ — кут, під яким спостерігається мак-симум світла певної довжини хвилі.

Позначимо a — відстань від ґратки до екрану, b — відстань від ґратки лінії спектра, яку спостерігаємо, а ϕ — кут спостере-

ження не більше 5°, тоді , оскільки для малих кутів sinϕ можна замінити на tgϕ.

Порядок виконання роботи1. Встановіть у рамку дифракційну ґратку.2. Відсуньте екран зі щілиною на максимальну відстань від

дифракційної ґратки. Направте вісь приладу таким чином, щоб крізь щілину екрана можна було спостерігати нитку розжарю-вання лампи.

3. Спостерігайте по обидва боки від щілини дифракційні ко-льорові спектри.

4. За допомогою шкали на екрані визначити положення сере-дин кольорових смуг у спектрах першого порядку.

5. Результати занесіть до таблиці 3.1.6. За даними роботи визначіть довжину хвилі й порівняйте

з табличними даними.

Рис. 3.1

a

bϕ

ДГ Е


11

Таблиця 3.1

Колір смужки

b, м (зліва)

b, м (справа)

b, м (середнє) a, м d,м λ, м λ табл.,

нм

Фіолетовий 380–440

Синій 440–485

Голубий 485–500

Зелений 500–565

Жовтий 565–590

Жовтогарячий 590–625

Червоний 625–740


Висновок. _________________________________________


12

Контрольні питання та завдання1. Поясніть умови спостереження дифракції, інтерференції.

2. Чому під час освітлення білим світлом у центральній час-тині дифракційної картини виникає біла смуга?

3. Якою є зона видимого світла?

4. Як буде змінюватися дифракційна картина, якщо перед щілиною послідовно розміщувати світлофільтри?

5. Як зміниться дифракційна картина, якщо дифракційну ґратку замінити на іншу з періодом d=1/20 мм, d=1/500 мм?


ВИЗНАЧЕННЯ ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ

Мета: експериментально за допомогою математичного ма-ятника визначити прискорення вільного падіння.

Обладнання та матеріали: штатив, кулька на нитці, ліній-ка (вимірювальна стрічка).

Короткі теоретичні відомостіМатематичний маятник — це тіло, яке підвішене на нероз-

тяж ній, невагомій нитці, причому маса нитки набагато менша


13

за масу тіла, а довжина нитки набагато більша від його ліній-них розмірів. При відхиленні маятника на невеликий кут від вертикалі виникає відмінна від нуля рівнодійна сил тяжіння й пружності, що викликає його рух до положення рівноваги. У результаті маятник здійснює гармонічні коливання. Період його коливань Т:

. (1)

Період коливань Т маятника також можна визначити, знаю-чи час t, за який відбувається N повних коливань:

. (2)

Знаючи періоди коливань Т1 і Т

2 для маятників двох довжин

l1 і l

2, з формул (1) і (2) шляхом нескладних перетворень можна

отримати

. (3)

Порядок виконання роботиРезультати вимірювань і обчислень заносьте до таблиці 4.1.

1. Виготовте математичний маят ник. Довжи-на маятника має бути не менше 1 м. За допомо-гою штатива з муфтою і лапкою закріпіть одну з кульок на нитці на висоті 1–2 см над поверх-нею підлоги. Виміряйте довжину l маятника від точки підвісу до центра кульки (рис. 4.1).

2. Відхиліть маятник від вертикалі на кут ϕ не більше 5° і відпустіть. Зафіксуйте час t, за який відбувається N повних коливань маятника (N � 30) (табл. 4.1).

3. Змініть довжину маятника. Виміряйте його довжину l

2. По вторіть п. 2: визначте час t

2

здійснення N2 повних коливань (табл. 4.1).

4. За формулою (3) визначте прискорення вільного падіння (табл. 4.1). Порівняйте отримане значення з табличним.

Рис. 4.1

l

ϕ


14

Таблиця 4.1.

l1, м t

1, с N

1l

2, м t

2, с N

2g, м/с2


Висновок: _________________________________________

Контрольні питання та завдання1. Запишіть розрахункову формулу для визначення приско-

рення вільного падіння, якщо різниця довжин математичного маятника дорівнює 0,5; 0,25 м.

2. Яким чином прискорення вільного падіння залежить від ши-роти місцевості? Чому?


15

3. Чому формулою (1) можна користуватися лише в тому ви-падку, коли амплітуда коливань маятника є достатньо малою?

4. Отримайте розрахункову формулу (3).


ВИВЧЕННЯ БУДОВИ ДОЗИМЕТРА І СКЛАДАННЯ РАДІОЛОГІЧНОЇ КАРТИ МІСЦЕВОСТІ*

Мета: вивчити пристрій побутового дозиметра-радіометра МКС-05 ТЕРРА-П; навчитися проводити дозиметричні вимірю-вання; ознайомитися з радіологічної картою Україна хімічного елемента (CS-137).

Обладнання: дозиметр-радіометр МКС-05 ТЕРРА-П, радіоло-гічна карта Україна.

Короткі теоретичні відомостіЗагальною властивістю випромінювань, що виникають при

радіоактивному розпаді ядер, є здатність проникати через речо-вину, відчуваючи втрату енергії, в основному на іонізацію.

Альфа-частинки мають велику іонізуючої здатністю, тоб-то малу проникаючу здатністю. Проходячи через шар речови-ни, α-частинки зазнають пружне розсіювання на ядрах атомів і вільних електронах і непружні зіткнення з орбітальними електронами.

* У звязку з тим, що радіаційний фон у межах однієї школи буде практично однаковим, тобто не дозволяє бути порівняним, тому в цій роботі пропонуємо школярам не створювати радіологічну карту, а проаналізувати вже готові карти для України для певних радіоактивних елементів. Це дозволить учням зробити висновки про забруднення своєї території.


16

Бета-частинки (електрони), в основному, втрачають енергію на рентгенівське випромінювання в результаті гальмування в поле атомних ядер речовини. Іонізуюча здатність α-частинок значно менше, ніж β-частинок. Так на своєму шляху в повітрі вони створюють іонів в кілька сот разів менше, ніж β-частинок.

Енергія γ-квантів під час радіоактивності складає 10–2–101 МеВ. Механізм взаємодії γ-квантів з речовиною залежить від власти-востей середовища і від енергії самого γ-кванта. Основними про-цесами взаємодії є фотопоглинання, або фотоефект, комптон-ефект і утворення пар електрон-позитрон. В результаті кожного з цих процесів в середовищі, що опромінюється, виникає вели-ка кількість електронів, які швидко рухаються. Значна їх час-тина має енергією, достатньою для іонізації атомів середовища. Енергія, що поглинається при цьому опромінюваним середови-щем, визначає радіаційний ефект.

Іонізуюче випромінювання негативно впливає на живі ор-ганізми. Ураження проявляється, як на рівні молекул і клітин, так і на рівні окремих органів або всього організму. При досить великих дозах організм гине, при менших — виникають різні за-хворювання (насамперед променева хвороба). Ураження можуть бути різними в залежності від виду частинок і дози опромінення.

Досвід свідчить, що дія ядерних випромінювань на тканини живого організму визначається не тільки дозою опромінення, а й природою іонізуючих частинок. Важкі частки (α-частинки, нейтрони, протони, іони) викликають більше фізіологічних по-рушень, ніж легкі (β+-, β– -, γ-випромінювання). Особливо небез-печні сильно проникаючі потоки нейтронів.

Під дією випромінювань радіоактивних ізотопів, в об’єкті, який опромінюють, накопичуються різні порушення. Поглине-на доза випромінювання визначається енергією, яку поглинає одиниця маси опроміненої речовини. В СІ одиницею поглиненої дози виступає грей (Гр), а позасистемною — рад. Поглинена в одиницю часу доза називається потужністю поглиненої дози і вимірюється в СІ в Гр/с. Для обліку радіаційної небезпеки різ-них видів випромінювань введено еквівалентну дозу, що дорів-нює добутку поглиненої дози на коефіцієнт якості (його значен-ня наводять у спеціальних таблицях). Одиниця еквівалентної дози в СІ — зіверт (позасистемна — бер).


17

Для рентгенівського випромінювання задані дози вимірюють у рентгенах (Р), а їх потужності (Р/год).

Рентген — це така доза рентгенівського або γ-випромінювання, при якій в 1 см3 атмосферного повітря при 0°С і 760 мм. рт. ст. утворюється 2,08•109 пар іонів та в середньому витрачається 32,5 еВ. Отже, дозі в один рентген відповідає в середньому енер-гія 8,38•10–6 Дж на 1 г повітря. Поглинання в тканині трохи більше, так що 1 Р еквівалентний 9,3•10–6 Дж/г або 10–2 Гр.

Перетворення поглиненої речовиною енергії в будь-який ін-ший вид, зручний для реєстрації, здійснюється в так званих детекторах — обов’язкових елементах приладів, що застосо-вуються для виявлення іонізуючих випромінювань. До детек-торів, заснованих на виявленні ефекту від іонізації в газі, відно-сять іонізаційні камери та газорозрядні лічильники.

В іонізаційній камері електрони і позитивні іони, утворені випромінюванням, під дією сил електричного поля переміщу-ються до відповідних електродів. Унаслідок цього в зовнішньо-му ланцюзі з’являється струм. Сила цього струму може служи-ти мірою іонізаційного ефекту.

В газорозрядному лічильнику, на відміну від іонізаційної ка-мери, використовують ефект газового посилення за рахунок вто-ринної іонізації, в результаті якої кількість електронів і позитив-них іонів, що досягають відповідних електродів, у багато разів перевищує число іонів, утворених під час первинної іонізації.

За призначенням дозиметричні прилади поділяють на інди-катори, рентгенометри, радіометри і дозиметри.

Дозиметр — прилад для вимірювання дози або потужності дози іонізуючого випромінювання, отриманого приладом за де-який проміжок часу (час перебування на певній території, час робочої зміни і т.д.).

Радіометр — прилад для вимірювання активності радіонук-ліду в джерелі випромінювання або зразку (в обсязі рідини, газу, твердих тіл).

Побутові дозиметри можуть працювати і в режимі радіометра.Сучасні побутові дозиметри мають дуже компактні, що доз-

воляє їх використовувати в різних умовах в повсякденному житті. Час роботи батареї дозиметра коливається від декількох діб до декількох місяців.


18

Діапазон вимірювання побутових дозиметрів ста-новить 0,1–99,99 мікрозі-верт на годину.

Роботу проводять за до-помогою побутового дози-метра МКС-05 ТЕРРА-П (рис. 5.1) У нижній криш-ці приладу розміщено від-сік для елементів живлен-ня і вікно для реєстрації поверхневого забруднення β-радіонуклідами. На ниж-ній кришці приладу поміще-на інформаційна таблиця.

Для управління дозиметром передбачено всього 2 функціо-нальні кнопки: «поріг» і «режим». Першу використовують для включення приладу та вибору режиму його роботи. За допомо-гою другої встановлюють пороги спрацьовування сигналізації. Ще однією очевидною перевагою МКС-05 «Терра-П» є робота від звичайних батарейок типу «ААА».

Порядок виконання роботи

Вимірювання еквівалентної дози γ-випромінювання1. Натисніть і утримуйте протягом секунди кнопку «Режим».

Після включення прилад автоматично переходить в режим вимірювання γ-випромінювання.

2. Розташуйте дозиметр таким чином, щоб символ «+» на нижній кришці корпусу розташовувався над місцем, яке ви збираєтеся досліджувати. При наявності звукових сигналів приладу можна говорити про рівень радіації.

3. Зніміть показання з дисплея приладу на робочому міс-ці і занесіть в таблицю 5.1. (При раптовому зміні рівня радіа-ції цифри на дисплеї починають мигати, тобто дозиметр почне встановлювати середнє значення дози. Показання знімають після припинення мигання цифр на дисплеї).

4. Зніміть показання з дисплея приладу біля дошки і занесіть в таблицю 5.1.

Рис. 5.1

1 — верхня кришка;2 — нижня кришка;3 — панель індикації;4 — клавіши управління;5 — гучномовець.


19

5. Вимкніть дозиметр, натиснувши і утримуючи протягом 4-х секунд кнопку «Режим».

6. На основі виконаних вимірювань зробіть висновок.Висновок. _________________________________________

Вимірювання поверхневої забрудненості β-радіонуклідами1. Натисніть і утримуйте протягом секунди кнопку «Режим».2. Розташуйте дозиметр таким чином, щоб символ «+»

на нижній кришці корпусу розташовувався над місцем, яке ви збираєтеся досліджувати.

3. Занесіть показання прибора в таблицю 5.1.4. Відкрийте кришечку з позначкою «+» та виконайте зав-

дання п. 1.5. Результати вимірювань занесіть до таблиці 5.1.6. Виконайте завдання пп. 2–5 біля дошки.7. Знайдіть різницю між показаннями дозиметра на робочому

місці та біля дошки (табл. 5.1). Якщо різниця показань дорів-нює нулю, то це свідчить про те, что β-випромінювання немає.

Таблица 5.1

Вимірювання еквівалентної дози γ-випромінювання

Вимірювання поверх-невої забрудненості β-радіонуклідами

Місце проведення вимірювання

Назва вимірюваної величини

Значення вимірюваної величини

Вивчення і аналіз радіологічної картиПроаналізуйте запропоновану карту та зробіть висновок

щодо забрудненості вашого регіону даним елементом. Порів-няйте рівні забрудненості вашої області з Київською областю.


20

Загальний висновок. ________________________________

Контрольні питання та завдання1. Яка разова доза опромінення є небезпечною для людини?

2. Якими радіоактивними елементами забруднена територія України?

3. Яке з випромінень є найбільш небезпечним для людини? Яку біологічну дію вони чинять на організм людини?

4. Що може слугувати захистом від α-, β- та γ-випромінювань?


ДОСЛІДЖЕННЯ ТРЕКІВ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК ЗА ФОТОГРАФІЯМИ

Мета: навчитися аналізувати треки заряджених частинок, що рухаються в магнітному полі.


21

Обладнання та матеріали: фотографії треків заряджених частинок у камері Вільсона, аркуш прозорого паперу, лінійка, трикутник, карандаш.

Короткі теоретичні відомостіПрилади для реєстрації радіоактивних випромінювань і час-

тинок розподіляють на дві групи:1) прилади, що дозволяють реєструвати проходження части-

нок через певну ділянку простору та в деяких випадках визна-чати їхні характеристики;

2) прилади, що дозволяють спостерігати (фотографувати) слі-ди частинок у речовині.

Практично в основу всіх методів спостереження та реєстрації радіоактивних випромінювань і частинок покладено здатність останніх іонізувати та збуджувати атоми середовища.

Камера Вільсона відноситься до другої групи реєструючих приладів. Щоб виконати точні вимірювання фізичних характе-ристик реєстровуваних частинок, камеру Вильсона поміщають у постійне магнітне поле, що приводить до викривлення треків частинок. Запишемо другий закон Ньютона для даного руху частинки:

, (1)

де q — заряд частинки, � — швидкість частинки, m — маса час-тинки, В — індукція магнітного поля, R — радіус кривизни траєкторії частинки.

Із формули (1) маємо вираз для визначення радіуса R кривиз-ни траєкторії частинки

. (2)

Тобто, знаючи радіус R кривизни траєкторії, можна знайти імпульс частинки, а отже, і її кінетичну енергію

. (3)

Формула (3) є справедливою тільки для нерелятивістських частинок.


22

Існує кілька способів визначення радіуса R кривизни траєк-торії руху частинки.

1. Спосіб шаблонів: співставляють дугу відомого радіуса із за-даним відрізком траєкторії. Якщо дуги співпадають, то і радіу-си викривлення дуг рівні.

2. Спосіб двох перпендику-лярів до двох хорд: проводять серединні перпендикуляри до двох хорд. Точка перети-ну цих перпендикулярів буде центром даного кола.

3. Спосіб «стрілки» переги-ну. Проводять хорду і через її середину проводять перпен-дикуляр до перетину з дугою (рис. 6.1). Ви мірявши «стріл-ку» перегину Н і довжину хор-ди L, знаходимо радіус R кри-визни дуги за фор мулою

. (4)

Аналіз фотографій треків частинок дозволяє:1) визначити заряд і швидкість частинки (за товщиною треку);2) обчислити енергію частинки для однорідного середовища

(за довжиною треку);3) ідентифікувати частинки за фотографіями.

Порядок виконання роботиI. На фотографії (рис. 6.2) видно треки частинок, що руха-

ються в магнітному полі з індукцією В = 2,2 Тл. Вектор індукції магнітного поля є перпендикулярним до площини, у якій ле-жать траєкторії частинок, що рухаються, а також до площини фотографії. Нижній трек належить протону, що має початкову енергію Е = 1,6 МеВ.

1. Доведіть, що протон не є релятивістською частинкою.

AB

D

C

LH

Рис. 6.1


23

Рис. 6.2


24

2. Визначте напрямок руху частинок і напрямок силових ліній магнітного поля.

3. Визначте відношення заряду до маси для частинки, що описала верхній трек, якщо її початкова швидкість така ж, як і початкова швидкість протона.

4. Установіть, якій частинці належить верхній трек. Обчис-літь її початкову швидкість.

ІІ. На знімку (рис. 6.3) видно треки частинок, які отриму-ють під час розпаду ядер. Такі групи слідів через їх вигляд на-зивають зірками розпаду. Розпад ядер газу, що наповнює ка-меру Вільсона, відбувається під дією швидких нейтронів, які рухаються знизу вгору. Камеру поміщають у магнітне поле,


25

A

Рис. 6.3


26

направлене перпендикулярно площині фотографії. Індукція поля В = 1,3 Тл. Зірка розпаду в точці А дозволяє спостерігати повний пробіг одного протона з початковою кінетичною енер-гією 1,8 МеВ (протон рухався зліва вгору). Крім того, зірка міс-тить ще один протон і дві альфа-частинки.

1. Визначте напрямок силових ліній магнітного поля.

2. Виберіть три точки на траєкторії протона (на початку, у середині, наприкінці). Виміряйте радіус кривизни траєкторії протона для обраних точок.

R1 = R

2 = R

3 =

3. Визначте кінетичну енергію протона для обраних точок траєкторії.

4. Зробіть висновок: _________________________________


27

Контрольні питання та завдання1. Чому радіуси кривизни на різних ділянках трека однієї й

тієї же частинки різні?

2. Яку форму має траєкторія зарядженої частинки, що ру-хається в однорідному магнітному полі, якщо початкова швид-кість частинки є перпендикулярною лініям магнітної індукції? спрямована під кутом 30° до ліній магнітної індукції?

3. Укажіть причини, через які товщина треку збільшується до кінця пробігу. ______________________________________

4. За допомогою формули (3) можна розрахувати кінетичну енергію нерелятивістської частинки. Запишіть формулу для розрахунків імпульсу та кінетичної енергії для релятивістської частинки. ____________________________________________


28

Список використаних джерел1. ГОСТ 16.263-70. Государственная система обеспечения единства

измерений. Метрология. Термины и определения. — М.: Изд-во стан-дартов, 1991. — 54 с.

2. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформ-ление результатов эксперимента. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1977. — 112 с.

3. Дик Ю.И., Кабардин О.Ф., Орлов В.А. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики для 10-11 классов (под ред. Дика Ю.И., Кабардина О.Ф.) Изд. 2-е, перераб., доп. — 157 с.

4. Кабардин О.Ф. Сборник экспериментальных заданий и практи-ческих работ по физике: 9–11-й классы : учеб. пособие для учащих-ся общеобразоват. учреждений / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов; под ред. Ю.И. Дика. — М.: АСТ: Астрель: Транзиткнига, 2005. — 239 с.

5. Кирик Л.А., Дик Ю.И. Сборник заданий и самостоятельных ра-бот для 10-го кл. — М.: Илекса, 2006. — 192 с.

6. Практикум з фізики в середній школі: Дидакт. матеріал: Посіб-ник для вчителя / Л.І. Анциферов, В.О. Буров, Ю.І. Дик та ін.; За ред. В.О. Бурова, Ю.І. Діка. К.: Рад. шк, 1990. — 176 с.

7. Практикум по физике в средней школе: Дидакт. материал / Под ред. А. А. Покровского. / Буров В.А., Дик Ю.И., Зворыкин Б.С. — М.: Просвещение. 1982, — 192 с.

8. Фетисов В.А. Лабораторные работы по физике. Для учащихся 8–10 классов. Изд. 3-е, перераб. — М.: Учпедгиз, 1961. — 239 с.

9. Фронтальные лабораторные занятия по физике в средней шко-ле. Пособие для учителей. Под ред. А.А. Покровского. Изд. 2-е, пере-раб. — М.: Просвещение, 1974. — 208 с.

10. Шилов В.Ф. Лабораторные работы в школе и дома: Молекуляр-ная физика. Термодинамика. — М.: Просвещение, 2007. — 96 с.

11. Шилов В.Ф. Лабораторные работы в школе и дома: Электроди-намика. — М.: Просвещение, 2006. — 110 с.

ЗмістПравила безпеки в кабінеті фізики ..............................................3Практична робота № 1 Визначення енергії зарядженого конденсатора ........................................4Практична робота № 2 Дослідження електричних кіл ................6Практична робота № 3 Визначення довжини світлової хвилі .......9Практична робота № 4 Визначення прискорення вільного падіння .............................................. 12Практична робота № 5 Вивчення будови дозиметра і складання радіологічної карти місцевості ............... 15Практична робота № 6 Дослідження треків заряджених частинок за фотографіями .................................. 20Список використаних джерел ....................................................28

Documents

Fiz pr11ukr standdspace.luguniv.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/256/1/Fiz_prakt11_stand.pdf · ФІЗИКА 11 клас ... Правила зважування 1. ... використовуючи